DE1248715B - Impuls-Ubertragungssystem mit regenerierenden Tunnel - Dioden - Impulsverstarkern - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H 03 k

Deutsche KL: 21 al - 36/04

Nummer: 1 248 715

Aktenzeichen: W 31283 VIII a/21 al

Anmeldetag: 15. Dezember 1961

Auslegetag: 31. August 1967

Die Erfindung betrifft Impuls-Übertragungssysteme und im einzelnen Impulsregenerierung in solchen Systemen unter Verwendung von Dioden mit negativem Widerstand.

Impulsübertragung bedeutet die Übertragung von Impulssignalen über große Entfernungen auf einem Übertragungsweg. Da die übertragenen Signale auf ihrem Weg gedämpft werden, ist es notwendig, ihre Amplituden von Zeit zu Zeit wiederherzustellen. Das erfolgt durch Einschaltung von Impulsverstärkern in den Übertragungsweg.

Jeder Verstärker wird am Ende eines vorgegebenen Dämpfungsabschnittes angeordnet. Üblicherweise sind die Verstärker Regenerierverstärker, bei denen ein Eingangs-Impulssignal, das einen Schwellwert übersteigt, die Erzeugung eines abgehenden oder regenerierten Impulssignals einleitet. Bei einem Regenerierverstärker wird das Ausgangssignal im wesentlichen nicht durch Verzerrungen des Eingangssignals und kurzzeitige, durch die Übertragungsstrecke hervorgerufene Störungen beeinflußt.

Es ist wünschenswert, daß ein Regenerierverstärker die Fähigkeit besitzt, mehrere stabile Zustände anzunehmen. In typischer Weise ist der Verstärker bistabil und ist daher in der Lage, jeden von zwei Signalzuständen anzunehmen. Zu Anfang wird der Verstärker durch Erregungssignale in einen Gleichgewichtssignalzustand versetzt, und nachdem er durch ein Eingangs- oder Regeneriersignal erregt worden ist, nimmt er für eine gesteuerte Zeitdauer einen alternativen Signalzustand an. Es ist offensichtlich, daß ein Übergang von einem Signalzustand zu einem anderen schnell erfolgen sollte, wenn der Informationsinhalt der regenerierten Signale möglichst wenig beeinflußt werden soll, und wenn das Übertragungssystem für hohe Impulsfrequenzen geeignet sein soll. Bei herkömmlichen Schaltelementen wurde die schnelle Signalregenerierung durch die Verwendung von Hilfsrückkopplungswegen erreicht. Bauteile mit negativem Widerstand besitzen jedoch von sich aus die Fähigkeit, mehrere stabile Zustände anzunehmen. Dadurch werden solche Rückkopplungswege überflüssig. Demgemäß besteht ein Ziel der Erfindung darin, Bauteile mit negativem Widerstand im allgemeinen und bistabile Dioden mit negativem Widerstand im besonderen zur Verwendung in Regenerierverstärkern geeignet zu machen.

Diese Anpassung muß im Hinblick darauf erfolgen, daß jede Änderung des Signalzustandes eines in eine Übertragungsstrecke eingeschalteten Bauteils mit negativem Widerstand auf der Strecke nur in Vorwärtsrichtung übertragen wird. Zusätzlich müssen die Impuls-Ubertragungssystem mit regenerierenden Tunnel-Dioden-Impulsverstärkern

Anmelder:

Western Electric Company, Incorporated, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Fecht, Patentanwalt, Wiesbaden, Hohenlohestr. 21

Als Erfinder benannt:

Stewart Edward Miller, Middletown, N. J.; Lionel Orean Schott, Convent, N.J. (V.St.A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 27. Dezember 1960

(78 659),

vom 29. Dezember 1960

(79 428)

in Vorwärtsrichtung übertragenen Signale die richtige Polarität besitzen, um als Regeneriersignale für nachfolgende Verstärker zu dienen. Daher ist es ein weiteres Ziel der Erfindung, eine Vorwärtsübertragung der regenerierten Impulssignale entlang einer Übertragungsstrecke und die Kontinuität der Übertragung über die gesamte Länge der Strecke sicherzustellen. Wenn die Bauteile mit negativem Widerstand zweiseitig sind, wie Dioden mit negativem Widerstand, erzeugen Änderungen des Signalzustandes auch eine Übertragung nach rückwärts. Wenn keine Beeinträchtigung der ankommenden Impulssignale auftreten soll, muß diese Übertragung verhindert werden, ohne die gewünschte Vorwärtsübertragung zu beeinträchtigen. Darin besteht ein weiteres Ziel der Erfindung. Bei Einschaltung in eine Übertragungsstrecke stellen die verschiedenen Bauteile mit negativem Widerstand Verstärker dar, die durch Erregungssignale in ihren Gleichgewichtssignalzustand versetzt werden. Oft sind weitabliegende Teile der Übertragungsstrecke nicht zugänglich, und es ist vorteilhaft, das System nur an seinen Enden zu erregen. Bei bistabilen Verstärkern besteht in diesem Fall eine Unsicherheit, welchen der beiden Signalzustände aufeinanderfolgende Verstärker annehmen. Weiterhin besteht wegen der Fähigkeit, mehrere stabile Zustände anzunehmen, die Möglichkeit, daß ein Verstärker, der auf Grund

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eines Regeneriersignals einen alternativen Signalzustand annimmt, nicht in der Lage ist, in seinen ursprünglichen Gleichgewichtssignalzustand zurückzukehren. Folglich besteht ein weiteres Ziel der Erfindung darin, die Verstärker durch Beschränkung auf die Annahme eines vorgeschriebenen Gleichgewichtssignalzustandes zu stabilisieren, in den sie nach einem kurzzeitigen Übergang in einen alternativen Zustand zurückkehren. Ein damit zusammenhängendes Ziel besteht darin, die Verstärker zu stabilisieren, während sie ihre Regenerierfähigkeiten behalten.

Der Regenerierverstärker zur Verwendung in einer Impulsübertragungsstrecke zwischen einer Quelle und einer Last mit wenigstens einer Gleichstromquelle zur Speisung des Verstärkers mit einem Gleichstromsignal, wobei der Verstärker ein nichtlineares Element mit einer Strorh-Spannungs-Kennlmie enthält, die einen durch Schwellwerte begrenzten Bereich mit negativem Widerstand aufweist (z.B. Tunneldiode), ist dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein kapazitives Element die Tunneldiode zwischen die Leiter der Übertragungsstrecke schaltet, daß die Tunneldiode über eine Induktivität mit einem ersten, in einen Leiter eingeschalteten Vorspannungswiderstand verbunden ist, dessen Wert gleich oder kleiner als der kleinste Widerstandswert der Tunneldiode ist, daß die Induktivität so gewählt ist, daß unter Gleichstrombedingungen der erste Vorspannungswiderstand parallel zu der Tunneldiode liegt und unter Impulsbedingungen von diesen getrennt ist, und daß vor die Tunneldiode ein Unterdrückungskreis geschaltet ist, der die Rückwärtsübertragung der regenerierten Impulssignale sperrt.

Meist besitzen Übertragungsstrecken eines Impuls-Übertragungssystems nur zwei Leiter. Dann kann die Verwendung von Querverbindungen für jeden Verstärker zur Ermöglichung der Regenerierung und Anpassung an die regenerierten Signale zu einer Einführung von Schaltelementen in beide Leiter der Übertragungsstrecke führen und eine koaxiale Übertragung mit einem äußeren Äquipotentialleiter unmöglich machen. Daher besteht ein weiteres Ziel der Erfindung darin, ein Impuls-Ubertragungssystem zu schaffen, das aus Verstärkern mit negativem Widerstand zusammengesetzt ist, die in ein Koaxialkabel eingeschaltet werden können.

Dadurch daß die Bauteile für die von den Enden der Übertragungsstrecke zugeführten Erregungssignale tandemgeschaltet sind, ermöglicht die Erfindung den Aufbau eines Ubertragungssystems mit einem Koaxialkabel.

Um eine Nichtumkehr der in Vorwärtsrichtung übertragenen, regenerierten Impulssignale sicherzustellen, ist die Parallelstabilisierung jedes Verstärkers für die Impulssignale überbrückt und auch von dem Bauteil mit negativem Widerstand getrennt, das sie stabilisiert. Auf Grund der kombinierten Trennung und Überbrückung sind die für die Erregungssignale tandemgeschalteten Tunneldioden für die regenerierten Signale auf eine solche Weise parallel geschaltet, daß jedes der von einem vorhergehenden Verstärker ausgehenden regenerierten Signale die richtige Polarität besitzt, um bei.einem nachfolgenden Verstärker als Regeneriersignal zu dienen. Der Stabilisierkreis besteht vorteilhafterweise aus einem kapazitiv überbrücktem Widerstand, der induktiv von der mit ihm verbundenen Tunneldiode getrennt ist.

Erfindungsgemäß wird die Rückwärtsausbreitung durch Verwendung eines Unterdrückers vor jeder Tunneldiode, der in die Übertragungsstrecke eingeschaltet ist, verhindert, ohne daß eine Querverbindung nötig ist. Der Unterdrücker erlaubt einen unbehinderten Durchgang der regenerierten Impulssignale, während er für die Rückwärtsübertragung der regenerierten Signale eine beträchtliche Impedanz darstellt. Der Unterdrücker besteht üblicherweise

ίο aus einem einseitig leitenden Bauteil mit bestimmten Zonen relativer Leitfähigkeit und Nichtleitfähigkeit, das in Durchlaßrichtung vorgespannt ist.

Die Erreichung dieser und weiterer Ziele mit Hilfe erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele wird in folgendem in Verbindung mit den Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Impuls-Übertragungssystems mit aufeinanderfolgenden Verstärkern, die jeder eine Tunneldiode verwenden, welche so

ao eingesetzt ist, daß sie die gedämpften Impulssignale regeneriert und die regenerierten Signale in Vorwärtsrichtung ohne Umkehrung überträgt,

F i g. 2 ein schematisches Schaltbild eines Impuls-Ubertragungssystems mit einem einzelnen Verstärker, der eine stabilisierte Tunneldiode als Regenerierbauteil verwendet, und invertierte Signale in Vorwärtsrichtung überträgt,

F i g. 3 ein Blockschaltbild eines Impuls-Ubertragungssystems mit vielen Verstärkern, bei dem die eingesetzten Verstärker in abwechselnden Signalzuständen stabilisiert sind,

F i g. 4 ein Blockschaltbild eines Impuls-Übertragungssystems mit vielen Verstärkern, bei dem die eingesetzten Verstärker in gleichen Signalzuständen stabilisiert und abwechselnd umgekehrt sind,

Fig. 5 eine Kurvenschar zur Erklärung der Funktionen der in den Fig. 1, 2, 3 und 4 gezeigten Verstärker und

F i g. 6 das Diagramm einer typischen Kurvenform für das zu regegnerierende Impulssignal und ein regeneriertes Impulssignal des Verstärkers der Fig. 1. F i g. 1 zeigt eine Zweileiter-Übertragungsstrecke, beispielsweise ein Koaxialkabel 10, zwischen einer Quelle für Impulssignale 11, die durch eine Reihenschaltung eines Widerstandes 12 und einer Spannungsquelle 13 dargestellt wird, und einer Last 14. Um eine möglichst gute Übertragung der Energie des Impulssignals sicherzustellen, ist die Impedanz der Last 14 und der der Quelle 11 an die Impedanz Z₀ der Leitung angepaßt.

Im allgemeinen hängt die Zahl der in einem Impuls-Übertragungssystem verwendeten Verstärker von der Zahl der Dämpfungsabschnitte zwischen der Quelle 11 und der Last 14 ab. Zur Vereinfachung sind jedoch nur zwei solche Verstärker 15 und 15' in F i g. 1 gezeigt. Die Verstärker 15 und 15' sind Vierpolnetzwerke mit identischen Bauteilen, deren Bezugsziffern ungestrichen bzw. gestrichen sind. Dadurch wird ihre Herstellung und Eingliederung in die Koaxialkabel-Übertragungsstrecke 10 erleichtert. Die Strecke 10 wird mit Gleichstrom von ihren Enden aus versorgt, beispielsweise von Quellen 16 und 17 für konstanten Strom, die von der Impulsquelle 11 und der Last 14 durch entsprechende Sperrkonden-

ü5 satoren 18 und 19 getrennt sind.

Die zwei Wege des Verstärkers umfassenden Leiter 10-1 (zwischen der ersten Klemme 1 und der dritten Klemme 3) und den Leiter 10-2 (zwischen der zwei-

ten Klemme 2 und der vierten Klemme 4). In den Leiter 10-1 ist ein variabler Widerstand 31 in Reihe mit einem Unterdrückerkreis 20 eingeschaltet. Eine Tunneldiode 30 liegt über dem Kondensator 22 zwischen dem Verbindungspunkt des Unterdrückungskreises 20 mit dem Widerstand 31 und dem Leiter 10-2. Dieser Leiter verbindet die Klemmen 1 und 4 direkt und ohne zwischengeschaltete Bauteile. Der Widerstand 31 ist über die veränderbare Induktivität 33 und vorzugsweise weiterhin über einen veränderbaren Regelwiderstand 34 parallel zur Tunneldiode 30 geschaltet. Damit diese nur unter Gleichstrombedingungen durch den Widerstand 31 nebenschlußstabilisiert ist, liegt der Kondensator 32 über dem Widerstand 31, so daß die Ausgangsklemmen 3, 4 des Verstärkers unter Impulsbedingungen durch die Tunneldiode 30 überbrückt sind. Diese, die Widerstände 31 und 34, die Spule 33 und der Kondensator 32 bilden die Elemente des Regenerierbauteils 21 mit negativem Widerstand in Fig. 1.

Der Unterdrücker 20 vor dem Regenerierbauteil 21 muß eine einseitige Stromleitung bewirken. In typischer Weise enthält der Unterdrücker 20 eine Gleichrichterdiode 40 mit einer Strom-Spannungs-Kennlinie, die bestimmte leitende und nichtleitende Bereiche aufweist. Die Diode 40 ist so gepolt, daß sie den leichten Durchgang der zu regenerierenden Impulse ermöglicht und in Durchlaßrichtung durch den Strom /₀ und die sich daraus ergebende Spannung über dem einstellbaren Unterdrückerwiderstand 41 vorgespannt ist. Die in der Reihe mit dem Unterdrückerwiderstand 41 geschaltete Unterdrückerspule 42 stellt sicher, daß die Impulssignale in erster Linie durch die Gleichrichterdiode 40 fließen.

Zum Verständnis der Regenierfunktion der Verstärker 15 und 15' in F i g. 1 sei die Kennlinie eines solchen Verstärkers 15 in Fig. 5 betrachtet. Die Kurve der Tunneldiode 30 allein besitzt ein Gebiet m mit positivem Widerstand, das in einem Spitzenschwellwert e endet, ein zweites Gebiet η mit positivem Widerstand, das mit einem Talschwellwert b beginnt und ein dazwischenliegendes Gebiet ο mit negativem Widerstand zwischen den Schwellwerten e und b. Die typische Kennlinie ρ des Stabilisierwiderstandes 31 dagegen zeigt im gesamten Gebiet positiven Widerstand. Zur Vereinfachung ist sie völlig linear dargestellt.

Da der Stabilisierwiderstand 31 und die Regenerierdiode parallel geschaltet sind, erhält man eine zusammengesetzte Kennlinie m', ό und n', die für den ersten leitenden Stromweg des Verstärkers 15 in Fig. 1 gilt, durch Summierung der Stromwerte der Kennlinien ρ und m, ο und η des Widerstandes als auch der Diode für jede Spannung entlang der Abszisse in Fig. 5. Um eine Stabilisierung der Erregungssignale zu erhalten, wird der Stabilisierwiderstand 31 so eingestellt, daß er das Gebiet negativen Widerstandes ο der Tunneldiode 30 überdeckt. Diese Bedingung ist erfüllt, wenn die Steigung der Kennlinie ρ des linearen Stabilisierwiderstandes gleich oder größer ist als die Steigung der Diodenkennlinie m, ο und η in ihrem Gebiet ο mit negativem Widerstand. Dann besitzt die zusammengesetzte Kennlinie m', o' und n' positive Steigung in ihrem gesamten Bereich, obwohl die Steigungen der verschiedenen Teile des Bereichs wesentlich voneinander abweichen.

Für eine Regenerierfunktion wird der Gleichgewichts-Arbeitspunkt der zusammengesetzten Kennlinie entweder (1) etwas unterhalb des unteren Knicks e' oder (2) etwas oberhalb des oberen Knicks b' eingestellt. Wenn man annimmt, daß die Quelle 13 der F i g. 1 positive gerichtete Impulssignale abgibt, muß der erste Gleichgewichtszustand beispielsweise im Punkt d' liegen, und die konstanten Stromquellen 16 und 17 werden entsprechend eingestellt. Unter diesen Umständen arbeitet die Diode 30

ίο im ersten positiven Widerstandsgebiet m ihrer Kennlinie m, ο, η etwas unterhalb des Spitzenschwellwertes e, wie sich aus dem Gleichgewichtspunkt d der Diodenkennlinie ergibt, der auf der Abszisse der Gleichgewichtsspannung E₀ entspricht.

Im Hinblick auf die Regenerier-Übergangsfunktionen, die durch die Impulssignale aus der Quelle 13 oder einem anderen Verstärker eingeleitet werden, kann der Gleichgewichtspunkt d der Tunneldiode als der Ursprung der Strom-Spannungs-Koordinaten

zo betrachtet werden. Wenn ein positiv gerichtetes Impulssignal am Verstärker 15 ankommt, fließt ein zirkulierender, zusätzlicher Strom in der Schleife 50, die die Diode 30, den Kopplungskondensator 22 und die vorangehende Quelle 13 für die zu regenerierenden Impulse umfaßt. Der Stromwert der Diode 30 übersteigt sehr schnell den Spitzenschwellwert e in F i g. 5, wodurch die Regenerierung eingeleitet wird, und der Stromwert unterliegt einem im wesentlichen sofortigen Übergang zum zweiten Gebiet η positiven Widerstandes entlang einer resultierenden Übergangsbelastungslinie t-2.

Sobald die Regenerierung begonnen hat, ist der regenerierte Impuls von dem einleitenden zu regenerierenden Impuls unabhängig, und der regenerierte Impuls wird sowohl in Vorwärts- als auch Rückwärtsrichtung entlang der Übertragungsstrecke 10 der F i g. 1 ausgebreitet.

Der regenerierte Impuls, der von der Tunneldiode 30 zurück zur Quelle läuft, weist eine Polarität auf, die der durch den Strom I₀ erzeugten Vorspannung an der Unterdrückerdiode 40 entgegengesetzt ist. Der Anfangsabschnitt des reggenerierten Impulses entspricht dem Bereich zwischen den Punkten d und e der Diodenkennlinie nach Fig. 5, und die Steigung der Diodenkennlinie zwischen den Punkten d und e der Impedanz zwischen den Anschlüssen der Diode. Diese Impedanz ergibt sich aus der Parallelschaltung der Impedanzen der Übertragungsstrecke, gesehen von den Anschlüssen der Diode in Richtung auf die Quelle und die Last. Die Impedanz in Richtung zur Quelle besteht im wesentlichen aus der Impedanz Z₀ in Reihe mit der Impedanz der Diode 40 für die in Rückwärtsrichtung übertragene Welle. Im Bereich zwischen den Punkten d und e der Kurve nach F i g. 5 reicht die Amplitude des in Rückwärtsrichtung übertragenen Signals nicht aus, um die Vorspannung der Diode 40 in Durchlaßrichtung zu übersteigen, so daß die Diode zu Anfang einen Kurzschluß darstellt. Unter diesen Bedingungen sind die Impedanzen der Quelle und der Last identisch. Wenn die Diode auf Grund eines zu regenerierenden Impulses, der den Schwellwert übersteigt, in den Regenerierbereich zwischen den Punkten e und / eintritt, ist die Amplitude des regenerierten Impulses genügend groß, um die feste Vorspannung der Diode 40 zu übersteigen, so daß die Diode jetzt eine unendlich große Impedanz für das in Rückwärtsrichtung übertragene Signal darstellt. Die einzige, dann

an den Anschlüssen der Diode liegende Impedanz ist dann die in Richtung zur Last, die folglich gleich Z₀ statt -^- ist. F i g. 5 zeigt, daß die Tunneldiode 30 für ihren Impulsregenerierbereich im wesentlichen eine Konstantstromquelle darstellt, so daß die Amplitude der regenerierten Impulse direkt proportional der Impedanz an der Diode ist. Daher haben, wenn die Unterdrückerdiode 40 gesperrt ist, die in Richtung zur Last übertragenen regenerierten Impulse eine Amplitude, die etwa doppelt so groß ist wie für den Fall, daß die Übertragung in Rückwärtsrichtung nicht unterdrückt wird.

Nachdem die Tunneldiode vom Schwellwert e im ersten Bereich m positiven Widerstandes zum Punkt / im zweiten Bereich η positiven Widerstandes umgeschaltet worden ist, beginnt die Impedanz der Trennspule 33, die unter Impulsbedingungen zunächst sehr hoch war, die Lastimpedanz Z₀ über der Tunneldiode 30 zu überbrücken, so daß die Spannung an der Diode kleiner wird. Wenn dieser Abfall der Diodenspannung bis zu dem Punkt fortgeschritten ist, in dem der Arbeitspunkt der Diode 30 unter dem Talschwellwert b liegt, wird die Diode wiederum in den Bereich negativen Widerstandes umgeschaltet und kehrt in den ersten Bereich positiven Widerstandes zum Punkt c zurück. An diesem Punkt ist die Amplitude der regenerierten Impulse so klein, daß der Strom /₀ wieder die Steuerung der Schaltung übernimmt, und der Arbeitspunkt der Diode 30 auf dem durch den Vorspannungswiderstand 31 eingestellten Schwellwert d stabilisiert wird.

Die zeitliche Beziehung zwischen dem zu regenerierenden Impuls aus der Impulsquelle 11 und dem entsprechenden regenerierten Impuls, der an der Diode 30 erzeugt wird, ist in F i g. 6 durch gestrichelte und ausgezogene Kurven dargestellt, deren Markierungen den Markierungen der geschlossenen Schleife der F i g. 5 entsprechen. Der Durchgang des zu regenerierenden Impulses durch die Diode 30 leitet eine Spannungsänderung an der Diode 30 ein, und es wird eine Spannungswelle über den Ausgangsabschnitt der Ubertragungsstrecke 10 ausgesendet, die durch die ausgezogene Linie in F i g. 6 dargestellt ist und deren Anfangsabschnitt dem Anfangsabschnitt des positiv gerichteten, zu regenerierenden Impulses entspricht. Wenn der zu regenerierende Impuls den Spitzenschwellwert e in Fig. 5 erreicht, ändert sich der Diodenstrom sehr schnell und verursacht eine plötzliche Änderung der regenerierten Spannung, wie aus der Kurvenform der regenerierten Spannung in Fig. 6 zu ersehen ist. Die nachfolgende Zunahme des Diodenstroms bis zur Erreichung des Talschwellwertes b in F i g. 5 zeigt sich in einem langsamen Abnehmen der regenerierten Spannung, dessen Dauer durch die Zeitkonstante der stabilisierten gesteuerten Diode 30 bestimmt wird, woraus folgt, daß die Dauer der regenerierten und der zu regenerierenden Impulse voneinander unabhängig ist.

Den Vergleich zwischen der ausgezogenen Linie für die regenerierte Spannung in F i g. 6 mit der geschlossenen Ortskurve der F i g. 5 zeigt, daß die zeitliche Länge des regenerierten Impulses durch die Länge der Ortskurve im zweiten Gebiet η positiven Widerstandes bestimmt wird. Diese wird wiederum durch die Zeitkonstante des Regenerierbauteiles 21 der Fi g. 1 bestimmt und durch eine Einstellung des Steuerwiderstandes 34 geregelt. Man beachte, daß der Einfluß des Steuerwiderstandes bei der Ableitung der Kennlinie rri, o' und ri der F i g. 5 vernachlässigt wurde. Wenn der Steuerwiderstand 34 größer wird, muß eine Zwischenkennlinie (nicht gezeigt) durch Summierung der Abszissenspannungen für die Kennlinie des Steuerwiderstandes (nicht gezeigt) und für die Kennlinie m, ο, η der Tunneldiode für jeden Strom entlang der Ordinatenachse abgeleitet werden, bevor die zusammengesetzte Kennlinie rri, o', ri in

ίο der vorher beschriebenen Weise gewonnen wird.

Der regenerierte Impuls kann nicht zur Quelle 13 übertragen werden, weil der Unterdrücker 20 das Regenerierbauteil 21 von dem vorhergehenden Teil der Ubertragungsstrecke 10 abtrennt. Unter Impulsbedingungen bilden die Kondensatoren 22 und 32 einen Kurzschluß, und die Tunneldiode 30 liegt über den Ausgangsklemmen 3 und 4 des Verstärkers und überbrückt die Leiter 10-1 und 10-2 des nachfolgenden Abschnittes der Übertragungsstrecke 10. Wie be-

ao reits erläutert, stellt die Spule 33 zu Anfang eine Unterbrechung für Impulse dar. Sie verhindert daher, daß die Widerstände 31 und 34 die Diode 30 überbrücken und die Amplitude der regenerierten Impulse verkleinert.

Als Folge davon werden die in jedem Verstärker erzeugten regenerierten Impulse zum nachfolgenden Verstärker übertragen und stellen dort die zu regenerierenden Impulse dar. Nach dem letzten Verstärker werden die impulse an die Last abgegeben.

Eine Rückwärtsübertragung kann auch verhindert und eine Vorwärtsübertragung sichergestellt werden durch Verwendung von in verschiedener Art arbeitenden Kopplungskreisen. Einer der Kopplungskreise gestattet einen ungehinderten Durchgang der zu regenerierenden Impulse von einem vorhergehenden Verstärker durch das Bauteil mit negativem Widerstand, während er den Durchgang des regenerierten Impulses zum vorhergehenden Verstärker sperrt. Der andere Kopplungskreis arbeitet in entgegengesetzter Weise, um den Durchgang der zu regenerierenden Impulssignale zu sperren und den Durchgang der regenerierten Impulssignale zu einem nachfolgenden Verstärker zu gestatten. Wenn das Regenerierbauteil eines Verstärkers aus einer Diode mit negativem Widerstand besteht, bilden die Kopplungskreise mit der Diode vorteilhafterweise eine Netzstruktur.

Um eine kontinuierliche Übertragung zwischen den Verstärkern der Ubertragungsstrecke sicherzustellen, sieht die Erfindung verschiedene Anordnungen vor.

Bei einer Anordnung sind die Bauteile mit negativem Widerstand aufeinanderfolgender und gleichorientierter Verstärker in abwechselnden Signalzuständen stabilisiert. Bei einer anderen Anordnung sind die Bauteile in gleichen Signalzuständen stabilisiert, aber ihre Verstärker sind abwechselnd umgekehrt.

Fig. 2 zeigt ein Impuls-Übertragungssystem mit einer Zweileiter-Übertragungsstrecke 10 zwischen einer Quelle für Impulssignale 11, dargestellt durch die Reihenschaltung eines Widerstandes 12 und einer Spannungsquelle 13, und einer Last 14. Um eine möglichst gute Übertragung der Energie des Impulssignals sicherzustellen, ist die Impedanz der Last 14 und die der Quelle 11 an die charakteristische Impedanz Z₀ der Strecke 10 angepaßt.

Aus Bequemlichkeitsgründen zeigt die F i g. 2 nur einen einzigen Vierpolverstärker 15 in der Übertragungsstrecke 10, aber es ist klar, daß an jeder Stelle, die das Ende eines Dämpfungsabschnittes entlang der

Strecke 10 markiert, ein ähnlicher Verstärker angeordnet ist. Die Verstärker erhalten Stromversorgungsoder Erregungssignale von den Endpunkten der Strecke 10, beispielsweise durch die Quellen 16 und 17 für konstanten Strom, die von der Impulsquelle 11 und der Last 14 durch Sperrkondensatoren 18 bzw. 19 getrennt sind.

Bei dem in F i g. 2 gezeigten Verstärker 15 umfassen die Wege 10-1 und 10-2 die Leiter des Übertragungssystems. Der erste von diesen ist ein stromleitender Weg zwischen dem ersten Anschluß 1 und dem dritten Anschluß 3 des Verstärkers 15 und enthält ein Regenerierbauteil 55 mit negativem Widerstand, wie beispielsweise eine Tunneldiode VCD, die durch eine parallelgeschaltete Reihenschaltung einer einstellbaren Spule L-I und eines einstellbaren Stabilisierwiderstandes R-I stabilisiert ist. Ein zweiter leitender Weg 10-2 führt von. dem zweiten Anschluß 2 zum vierten Anschluß 4 des Verstärkers 15 und enthält ein Bauteil 56, z. B. eine Spule L-2, um im wesentlichen den Durchgang von Impulssignalen zu sperren, ohne aber den Durchfluß der Stromversorgungsenergie zu behindern.

Eine erste Diagonalquerverbindung 52-1 verbindet den zweiten Anschluß 2 mit dem dritten Anschluß 3 und enthält ein Bauteil 53 zur Blockierung des Durchgangs sowohl der Gleichstromversorgungsenergie als auch der regenerierten Signale. Die Einzelteile des Sperrbauteiles 53 sind üblicherweise ein Kondensator C-I und eine gleichrichtende Diode RD-I, die so gepolt ist, daß der Durchang der zu regenerierenden Impulse leicht möglich ist. Eine zweite diagonale Querverbindung 52-2 verbindet den ersten Anschluß 1 mit dem vierten Anschluß 4 und enthält ein Bauteil 54, z. B. einen Kondensator C-2, das die Umgehung der Impulsquelle 11 durch die von der Diode regenerierten Signale ermöglicht, während es den Durchfluß der Stromversorgungsenergie sperrt.

Die Regenerierfunktion des Verstärkers nach F i g. 2 wird in der gleichen Weise wie bei dem Verstärker nach F i g. 1 mit Bezug auf die Kennlinien der F i g. 5 erreicht.

Wenn man annimmt, daß die Quelle 11 der F i g. 2 negativ gerichtete Signale liefert, ist die zweite Gleichgewichtsbedingung nötig. Unter diesen Umständen arbeitet die Tunneldiode VCD in einem Punkt α ihrer Kennlinie m, ο, η im zweiten Gebiet positiven Widerstandes η dicht oberhalb ihres Talschwellwertes b, wie sich aus dem Abszissenwert der Gleichgewichtsspannung F₀ bestimmen läßt, der der Ordinate im Punkt a' der zusammengesetzten Kennlinie m', d', n' für den dauernden Strom I₀ entspricht.

Mit Bezug auf die Regenerier-Übergangsf unktionen, die durch Impulssignale aus der Quelle 11 eingeleitet werden, kann der Gleichgewichtspunkt α der Diode als Ursprung der Strom-Spannungs-Koordinaten betrachtet werden. Wenn ein negativ gerichtetes Impulssignal den Verstärker 15 erreicht, verhindert die Trägheitswirkung der Reihenspule L-I, daß der Impuls zu Anfang den stetigen Stromfluß I_n-I durch den Stabilisierwiderstand R-I ändert. Die Größe dieses Stromes I₀-I ist durch die Ordinate der Widerstandskennlinie ρ gegeben, die der Gleichgewichtsspannung V₀ entspricht. Als Folge davon erzeugt das Impulssignal einen zirkulierenden, zusätzlichen Strom, der durch die Schleife 60-1 fließt, die Tunneldiode VCD, die erste Querverbindung 52-1 und die Quelle 11 umfaßt.

Der Ort des Stromes der Tunneldiode FCD wird schnell unter den Talschwellwert b gedrückt, wobei der Ort einer im wesentlichen sofortigen Änderung zum ersten Gebiet in positiven Widerstandes entlang einer Übergangslastlinie t-1 unterliegt, entsprechend der reziproken Größe der Ubergangsimpedanz, die die plötzlichen Signaländerungen an der Tunneldiode VCD steuert. Wegen der erwähnten Einwirkungen der Querverbindungen 52-1 und 52-2 und

ίο des zweiten stromleitenden Weges 10-2 des Verstärkers 15 kommen die Übergangsfunktionen in der Schleife 60-2 zur Auswirkung, die die zweite Querverbindung 52-2, die Tunneldiode VCD und die Last 14 umfaßt, so daß die Übergangsimpedanz in der Vorwärtsübertragungsrichtung durch die charakteristische Impedanz Z₀ des Stromweges gegeben ist, und nicht durch die charakteristische Impedanz Z₀ in der Rückwärtsübertragungsrichtung beeinflußt wird. Wenn der Ort des Stromes das erste Gebiet m

ao positiven Widerstandes erreicht, wird die Übergangsgeschwindigkeit des Diodenstromes herabgesetzt. Das erfolgt auf Grund der Stromänderungen, die in der parallelgeschalteten Spule L-I vor sich gehen. Als Ergebnis des Abfalls des Spulenstromes wird eine anwachsende Spannung erzeugt, die den Arbeitspunkt der gesteuerten Diode VCD unter den Spitzenschwellwert e des ersten Gebietes m mit positivem Widerstand drückt. Darauf durchläuft der Ort des Stromes wiederum eine Übergangslastlinie t-1 zum zweiten Gebiet η positiven Widerstandes und nimmt schließlich die anfängliche Gleichgewichtslage an, von der aus die Erzeugung des Ausgangssignals, wie in F i g. 2 gezeigt, begonnen hatte.
Aus F i g. 5 ist demnach zu erkennen, daß der Widerstand R-I eine Unbestimmtheit des Gleichgewichtszustandes der Tunneldiode VCD verhindert, die sich bei dem vorgegebenen Erregungsstrom /₀ entweder im ersten Gebiet m positiven Widerstandes oder im zweiten Gebiet η positiven Widerstandes befinden kann. Der Gleichgewichtszustand wird also auf das Gebiet beschränkt, das der der Ordinate, der Kennlinie m', o', n' für den vorgegebenen Strom /₀ entsprechenden Abszissenspannung F₀ zugeordnet ist. Die Spule L-I schaltet den Einfluß des Widerstandes R-I auf die Tunneldiode VCD unter Impulsbedingungen aus und erhält den negativen Widerstandscharakter der Diode, so daß sie ankommende Impulssignale sehr schnell regenerieren kann.

Von der Tunneldiode VCD würden die regenerierten Impulse auch nach rückwärts zur Quelle 11 übertragen, wenn das Sperrbauteil 53 in der ersten Querverbindung 52-1 nicht vorhanden wäre. Die Diode RD-I in dieser Querverbindung ist so gepolt, daß sie im wesentlichen eine unendlich große Impedanz für die regenerierten Impulse darstellt.

Unter Impulsbedingungen liegt die Tunneldiode VCD mit Hilfe des Kondensators 54 über den Ausgangsklemmen 3 und 4 des Verstärkers. Die zu regenerierenden Impulse von der Quelle 11 können daher zwar die Diode VCD zur Einleitung der Regenerierung triggern, werden aber durch die eine Unterbrechung darstellende Spule L-2 an einer Übertragung zur Last gehindert.

Obwohl die Anordnung der F i g. 2 die Rückwärtsübertragung der regenerierten Impulse verhindert und ihre Vorwärtsübertragung ermöglicht, ist zu beachten, daß die in Vorwärtsrichtung übertragenen Impulse entgegengesetzte Polarität wie die sie erzeu-

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genden zu regenerierenden Impulse besitzen. Ein nächfolgender Verstärker' kann folglich nicht einfach gleich ausgeführt sein wie der vorhergehende Verstärker. Eine Anordnung mit vielen Verstärkern, die abwechselnd an zu regenerierende Impulse mit entgegengesetzter Polarität angepaßt ist, ist in Fig. 3 gezeigt. Die VerstärkeY15 und 15", die als Beispiel in eine Übertragüngsstrecke 10 der F i g. 2 eingeschaltet sind, gleichen "sich mit Ausnahme der abwechselnden Polung" ihrer Dioden RD-I und RD-2 und der abwechselnden Einstellung ihrer Stabilisierwiderstände R-I und R-2: Bezüglich der Stabilisierung müssen, wenn der' erste Verstärker 15 und die ihm entsprechenden ^Verstärker (nicht gezeigt) auf einen stabilen Gleichgewichtszustand a' dicht oberhalb'des oberen Knickes V der Kennlinie m', o', n' in F i g. 5 eingestellt siifti- der zweite Verstärker 15" und die ihm entsprechenden Verstärker in einen Gleichgewichtszüstarid-c?" dicht unterhalb des unteren Knickes e" einer ähnlichen Kennlinie m", o", n" eingestellt'werden. Eine solche Kennlinie wird durch eine andersartige' Einstellung des Stabilisierwiderstandes R-2 hergestellt, der parallel zu der Tunneldiode VCD mit negativem Widerstand im zweiten Verstärker 15" geschältet'ist. Diese andere Widerständskeniilinie p", die in Form von gestrichelten Linien in F i g. 5 gezeigt ist, wird mit der Kennlinie der Tunneldiode m, ό{η zusammengesetzt, so daß sich erne in gestrichelten Linien gezeichnete zusammengesetzte Kennlinie* m", o", n" ergibt, bei der die Ordinate des Erreguhgsstroms unterhalb des unteren Knickes e" liegt, wie gewünscht.

Als Folge davon erzeugt in der vorher beschriebenen Weise ein negativ gerichtetes, regeneriertes Impulssignal, das an den ersten Verstärker 15 der F i g. 3 angelegt wird, einen positiv gerichteten regenerierten Impuls. Da der zweite Verstärker 15" der Fig. 3 unterhalb des unteren Knickes e" seiner zusammengesetzten Kennlinie m", o",n" stabilisiert ist, wie in F i g. 5 gezeigt, ist der positiv gerichtete, regenerierte Impuls des ersten Verstärkers 15 von der richtigen Polarität, um als in regenerierender Impuls am zweiten Verstärker 15" zu dienen, und er bewirkt, daß der Spitzenschwellwert d seiner gesteuerten Tunneldiode VCD überschritten wird. Dadurch wird eine Regenerierung entlang der gleichen Ortskurve der Fig. 5 eingeleitet, die dem ersten Verstärker 15 zugeordnet ist mit der Ausnahme, daß ihr Ursprungspunkt d im ersten Gebiet m positiven Widerstandes anstatt im zweiten Gebiet η positiven Widerstandes liegt. Da der Ausgangsimpuls des zweiten Verstärkers 15" negative Polarität besitzt, kann er eine Regenerierung im dritten Verstärker (nicht gezeigt) einleiten, der in der gleichen Weise wie der erste Verstärker stabilisiert ist. Auf diese Weise wird ein Eingangsimpulssignal, das an einen Endpunkt der Übertragungsstrecke 10 mit paarweise hintereinandergeschalteten Einheiten der in Fig. 3 gezeigten Art angelegt wird, sehr schnell regeneriert und über die gesamte Länge der Strecke 10 übertragen, bis ein regeneriertes Impulssignal an der Belastung ankommt.

Wenn jedoch das Übertragungssystem einen dritten stromleitenden Weg zuläßt, wie beispielsweise die in F i g. 4 gezeigte Erdrückleitung 10-3 an einem Anschlußpunkt der Impulsquelle 11 und der Last 14, können die Verstärker, von denen nur zwei gezeigt sind, identisch sein, und es ist nur nötig, daß sie abwechselnd umgekehrt werden, so daß die dritten und vierten Anschlüsse 3 und 4 jedes vorhergehenden Verstärkers 15-1 entsprechend mit den zweiten und ersten Anschlüssen 2 und 1 jedes nachfolgenden Verstärkers 15-2 verbunden sind. Bei dieser Anordnung durchlaufen die Gleichgewichts vorströme, die beispielsweise durch die entsprechenden konstanten Stromquellen 57 und 58 geliefert werden, die ungeerdeten Übertragungswege 10-1 und 10-2 in der

ίο gleichen Richtung.

Folglich liefert, wenn jeder Verstärker 15 der Fig. 4 oberhalb des Knickes b seiner zusammengesetzten Liniem', n', o' (vgl. Fig. 5) stabilisiert ist, ein negativ gerichteter zu regenerierender Impuls beim Ankommen am ersten Verstärker 15-1 in der vorher beschriebenen Weise ein Ausgangs-Impulssignal, das positive Polarität, gemessen am ersten Leiter 10-1 besitzt, und durch die ausgezogene Kurve dargestellt ist und das negative Polarität besitzt, ge-

ao messen am zweiten Leiter 10-1 und durch die gestrichelte Kurve dargestellt ist.

Da der zweite Verstärker 15-2 umgekehrt ist, liegt seine Tunneldiode VCD im zweiten Leiter 10-2, wo sie von der zweiten Stromquelle 58 erregt wird. Daher leitet ein an der ersten Klemme 1 des zweiten Verstärkers 15-2 ankommendes, negativ gerichtetes Impulssignal die vorher beschriebene Regenerierung ein.

Das Ausgangssignal des zweiten Verstärkers 15-2 kann die Regenerierfunktion eines nachfolgenden Verstärkers (nicht gezeigt) einleiten, dessen Orientierung der des ersten Verstärkers 15-1 gleich ist. Daher wird ein an einen Endpunkt der Übertragungsstrecke 10 der F i g. 4 angelegtes Eingangs-Impuls- signal sehr schnell regeneriert und über die gesamte Länge der Strecke 10 übertragen, bis ein regeneriertes Impulssignal schließlich an der Endbelastung ankommt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Regenerierverstärker zur Verwendung in einer Impulsübertragungsstrecke zwischen einer Quelle und einer Last mit wenigstens einer Gleichstromquelle zur Speisung des Verstärkers mit einem Gleichstromsignal, wobei der Verstärker ein nichtlineares Element mit einer Strom-Spannungs-Kennlinie enthält, die einen durch Schwellwerte begrenzten Bereich mit negativem Widerstand aufweist (z. B. Tunneldiode), dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein kapazitives Element (22, 32 in Fig. 1; C-2 in Fig. 2) die Tunneldiode (30 in Fig. 1; VCD in Fig. 2) zwischen die Leiter (10-1, 10-2) der Übertragungsstrecke schaltet, daß die Tunneldiode über eine Induktivität (33 in Fig. 1; L-I in F i g. 2) mit einem ersten, in einen Leiter (10-1) eingeschalteten Vorspannungswiderstand (31 in Fig. 1; R-I in Fig. 2) verbunden ist, dessen Wert gleich oder kleiner als der kleinste Widerstandswert der Tunneldiode ist, daß die Induktivität so gewählt ist, daß unter Gleichstrombedingungen der erste Vorspannungswiderstand parallel zu der Tunneldiode liegt und unter Impulsbedingungen von diesem getrennt ist, und daß vor die Tunneldiode ein Unterdrückungskreis (20 in Fig. 1; 53 in Fig. 2) geschaltet ist, der die Rückwärtsübertragung der regenerierten Impulssignale sperrt.

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Kapazität (32) parallel zu dem ersten Vorspannungswiderstand (31) und der Reihenschaltung der Tunneldiode (30) mit einer ersten Induktivität (33) geschaltet ist, und daß eine zweite Kapazität (22) den zweiten Leiter (10-2) der Übertragungsstrecke mit der Verbindungsstelle der Tunneldiode und der ersten Induktivität verbindet (F i g. 1).

3. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß die Tunneldiode (VCD) parallel zu der Reihenschaltung des ersten Vorspannungswiderstandes (R-I) und einer Induktivität (L-I) geschaltet ist, daß eine zweite Induktivität (L-2) in den zweiten Leiter (10-2) der Übertragungsstrecke zur Behinderung des Durchganges der zu regenerierenden Impulse eingeschaltet ist, daß eine weitere Kapazität (C-I) und eine Sperrdiode (REl) diagonal über Kreuz zwischen die Kathode der Tunneldiode (VCD) und einen An-Schluß der zweiten Induktivität (L-2) geschaltet

sind und eine vernachlässigbare Impedanz für die zu regenerierenden Impulse und eine hohe Impedanz für die regenerierten Impulse darstellen, und daß die erste Kapazität (C-2) diagonal über Kreuz zwischen Anode der Tunneldiode und den anderen Anschluß der zweiten Induktivität geschaltet ist und eine vernachlässigbare Impedanz für die regenerierten Impulse darstellt (Fig. 2).

4. Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdrückungskreis eine Gleichrichterdiode (40) aufweist, der eine Reihenschaltung einer Induktivität (42) und eines zweiten Vorspannungswiderstandes (41) parallel geschaltet ist, so · daß die Amplitude der zur Last (14) übertragenen regenerierten Impulse vergrößert wird (F i g. 1).

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Electronic Technology«, Juni 1960, S. 217
bis 222.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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